六種常見的可靠性設(shè)計方法

常見可靠性設(shè)計方法（電子設(shè)備）1、熱設(shè)計通過各種熱設(shè)計方法使元器件、零部件、設(shè)備等在低于規(guī)定的環(huán)境中工作，以提高可靠性。設(shè)計早期就應(yīng)制定產(chǎn)品熱設(shè)計的具體要求。溫度對電子產(chǎn)品可靠性影響極大，尤其對半導(dǎo)體器件最為敏感，半導(dǎo)體器件幾乎所有參數(shù)都與溫度有關(guān)。熱傳遞的三種方式：傳導(dǎo)散熱、對流換熱、輻射換熱。2、緩沖減振設(shè)計電子設(shè)備裝載在諸如飛機(jī)、艦船、裝甲車等平臺上，在它整個壽命周期內(nèi)，經(jīng)歷各種機(jī)械環(huán)境。雖然家用電器在使用過程中沒有經(jīng)受什么機(jī)械環(huán)境，但在產(chǎn)品出廠后經(jīng)過運(yùn)輸、搬運(yùn)過程，仍然承受機(jī)械環(huán)境。機(jī)械環(huán)境對電子設(shè)備影響是比較嚴(yán)重的。經(jīng)驗證明，在各種機(jī)械環(huán)境中，主要威脅來自振動應(yīng)力。設(shè)備中由于振動而造成的損壞大大超過沖擊引起的損壞。例如在通信或雷達(dá)設(shè)備中，振動損壞率比沖擊損壞率大4倍。能經(jīng)受50—70g沖擊的元器件，在持續(xù)振動的環(huán)境中，最大也只能承受2—3g的振動。其基本方法有兩種：一是采用隔離措施，利用減振裝置把設(shè)備保護(hù)起來或把振動源隔離開；二是選用合適的材料和合理的安裝技術(shù)，使設(shè)備正常工作時，足以耐受沖擊或振動。對電子設(shè)備的振動與沖擊防護(hù)設(shè)計，歸納起來有以下幾種常用方法:1、消除和減弱振源；2、對振源進(jìn)行隔離；3、去諧；4、去耦；5、阻尼；6、小型化和剛性化。3、電磁兼容設(shè)計接地設(shè)計接地技術(shù)是電子通訊設(shè)備必須采用的重要技術(shù)，眾所周知，電磁兼容設(shè)計三大措施為：接地、屏敞和濾波。通過現(xiàn)場和試驗統(tǒng)計調(diào)查，有80%以上的故障源于接地設(shè)計不良，正確的接地不僅是保護(hù)設(shè)備和人身安全的必要手段，也是電子設(shè)備穩(wěn)定可靠工作的重要條件。如果接地設(shè)計不好，輕則導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，如程控數(shù)字交換機(jī)的呼損增大、光電傳輸設(shè)備的誤碼率增加、故障率上升，重則導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作、甚至發(fā)生重大事故、使設(shè)備毀壞，這方面的例子很多，造成的損失無法估量。接地設(shè)計的基本原理：好的接地系統(tǒng)是抑制電磁干擾的一種技術(shù)措施，其電路和設(shè)備地線任意兩點之間的電壓與線路中的任何功能部分相比較，都可以忽略不計；差的接地系統(tǒng)，可以通過地線產(chǎn)生寄生電壓和電流偶合進(jìn)電路，地線或接地平面總有一定的阻抗，該公共阻抗使兩兩接地點間形成一定的壓降，引起接地干擾，使系統(tǒng)的功能受到影響。從而影響產(chǎn)品的可靠性。接地設(shè)計的基本原則是電位相同、內(nèi)部電路不互相干擾、抵御外來干擾。各種地電位相同使不同性質(zhì)的電路有一個統(tǒng)一的基準(zhǔn)電位，保證電路功能的順利實現(xiàn)。電位相同要求不同的地就近相連。內(nèi)部電路不互相干擾要求不同的地在較遠(yuǎn)處相連。所以，電位相同和不互相干擾是一對矛盾的雙方，在何處相連應(yīng)考慮哪一方占主導(dǎo)地位。當(dāng)設(shè)備受到的外來干擾（例如：ESD干擾，EFT干擾，輻射干擾）較大時，提高設(shè)備對外來干擾的抵御能力上升為主要矛盾，這時，各種地應(yīng)合并為大面積接地。4、電子設(shè)備靜電放電（ESD）防護(hù)靜電是物體表面的靜止電荷。物體在接觸、摩擦、分離、感應(yīng)、電解等過程中，發(fā)生電子或離子的轉(zhuǎn)移，正電荷和負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡，就形成了靜電。當(dāng)物體表面的靜電場梯度大到一定的程度，正電荷和負(fù)電荷發(fā)生中和，就出現(xiàn)了靜電放電（ESD）。靜電放電可以出現(xiàn)在兩個物體之間，也可由物體表面靜電荷直接向空氣放電。靜電作為一種普遍物理現(xiàn)象，近十多年來伴隨著集成電路的飛速發(fā)展和高分子材料的廣泛應(yīng)用，靜電的作用力、放電和感應(yīng)現(xiàn)象引起的危害十分嚴(yán)重，美國統(tǒng)計，美國電子行業(yè)部門每年因靜電危害造成損失高達(dá)100多億美元，英國電子產(chǎn)品每年因靜電造成的損失為20億英鎊，日本電子元器件的不合格品中45％是因為靜電放電（ESD）造成的。不僅如此，由于ESD在許多領(lǐng)域給人們帶來重大損失和危害；如在第一個阿波羅載人宇宙飛船中，由于ESD導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸，使三名宇航員喪生。靜電防護(hù)主要措施：a.防止靜電產(chǎn)生；b.消除已產(chǎn)生的靜電；c.設(shè)計保護(hù)電路。防靜電的基本方法：a.靜電泄漏法；b.靜電中和法；c.靜電屏蔽法；d.濕度控制法。ESD耦合到電子通訊設(shè)備有三種方式：a.直接傳導(dǎo)；b.電容耦合（電場耦合）；3.電感耦合（磁場耦合）。電子設(shè)備的ESD防護(hù)主要應(yīng)針對這幾種耦合方式采取措施，可總結(jié)為下列24字方針：靜電屏蔽，濾波去耦，絕緣隔離，接地泄放，良好搭接，瞬態(tài)抑制。5、電子設(shè)備雷擊浪涌保護(hù)設(shè)計對雷電防治原則是“綜合治理，整體防御，多重保護(hù)，層層設(shè)防”。運(yùn)用“疏導(dǎo)、隔離、均壓”的方法，防雷是系統(tǒng)工程，必須因地制宜綜合考慮，將內(nèi)、外部防雷措施(接閃、分流、均壓、屏蔽、接地布線、過壓保護(hù)等諸多因素)作為一個整體來統(tǒng)一考慮。電子通訊設(shè)備的雷擊浪涌保護(hù)分為一級保護(hù)和二級保護(hù)。一級保護(hù)的機(jī)理是等電位連接。通訊設(shè)備附近的金屬構(gòu)件如水管、燃?xì)夤堋⒆呔€架、走線槽以及設(shè)備的金屬機(jī)殼等接等電位連接棒；信號線端口和電源線端口通過保護(hù)器件等電位連接棒。當(dāng)遭受雷擊時，保護(hù)器件動作，端口與金屬機(jī)殼和機(jī)房內(nèi)的金屬構(gòu)件連接，形成等電位體，雷電流通過接地電阻到地使得等電位體的對地電位升高，但是設(shè)備的端口對金屬機(jī)殼和機(jī)房內(nèi)的金屬構(gòu)件的電位差卻很小。二級保護(hù)的機(jī)理是接地泄放，即通過雷擊浪涌保護(hù)器件把浪涌電流旁路到地，使過電壓箝制在內(nèi)部電路和器件能經(jīng)受得住的范圍內(nèi)，保護(hù)電路和器件免遭損壞。6、環(huán)境防護(hù)設(shè)計環(huán)境條件是指產(chǎn)品在貯存、運(yùn)輸和工作過程中可能遇到的一切外界影響因素環(huán)境條件對產(chǎn)品可靠性起著重要的影響。環(huán)境防護(hù)設(shè)計就是調(diào)查環(huán)境對產(chǎn)品可靠性影響，以便研究對策，采取有效措施，設(shè)計和制造耐環(huán)境的產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的可靠性，這就是環(huán)境防護(hù)設(shè)計。為了提高產(chǎn)品的可靠性，必須在方案論證與確定及設(shè)計階段就考慮產(chǎn)品的環(huán)境防護(hù)。環(huán)境防護(hù)的第一步是確定產(chǎn)品的工作環(huán)境，第二步是確定在這種環(huán)境條件下所用的元器件及材料的性能。若是這種性能不能滿足產(chǎn)品可靠性要求或處于臨界狀態(tài)量，就要采取環(huán)境防護(hù)措施，并且選擇耐環(huán)境的元器件和材料等。不同環(huán)境條件，對電子設(shè)備影響程度有所不同?！叭馈痹O(shè)計的基本概念：所謂“三防”設(shè)計，即防潮濕、防鹽霧、防霉菌防潮濕：潮濕的影響在于，當(dāng)空氣相對濕度大于80%時，很多電子設(shè)備中的有機(jī)及無機(jī)材料構(gòu)件由于受潮將增加重量，發(fā)脹，變形，金屬構(gòu)件腐蝕加速。如果絕緣材料選用及工藝處理不當(dāng)，則絕緣電阻下降，以致絕緣擊穿，性能破壞，造成故障。為保證可靠性應(yīng)進(jìn)行潮濕設(shè)計。防鹽霧：鹽霧的影響是鹽霧與潮濕空氣結(jié)合時，其中所含的半徑很小的氯離子對金屬保護(hù)膜有穿透作用。鹽和水結(jié)合能使材料導(dǎo)電，故可使絕緣電阻降低，引起金屬電蝕、化學(xué)腐蝕加速，使金屬件與電鍍件受破壞。二氧化硫、氯氣、氨氣等有害氣體與潮濕空氣會合便產(chǎn)生酸性、堿性氣體。這些氣體也有加速金屬構(gòu)件的腐蝕作用，使絕緣性下降。防霉菌：霉菌、白蟻等生物類也都在不同情況下對產(chǎn)品產(chǎn)